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專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文【1】
【摘 要】通過(guò)設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，鞏固和深化已學(xué)的理論知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般步驟和方法;正確合理地確定執(zhí)行液壓機(jī)構(gòu)，運(yùn)用基本回路組成滿足基本性能要求的、高效的液壓系統(tǒng);熟悉并運(yùn)用有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。
【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng);銑床;設(shè)計(jì)
1 液壓系統(tǒng)使用要求負(fù)載分析
1.1 使用要求
完成快進(jìn)――工進(jìn)――快退――停止的工作循環(huán)
1.2 負(fù)載分析
在負(fù)載分析中，先不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。
因?yàn)楣ぷ鞑考桥P式放置，重力的水平分力為零，這樣要考慮的力有：切削力、導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。
導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為Fs，動(dòng)摩擦力為Fd，則
如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ηm=0.93，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，如下表：
表1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表
根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪出負(fù)載圖(F-S)和速度圖(V―L).
圖1 負(fù)載曲線圖
圖2 速度曲線圖
圖3 工作循環(huán)圖
2 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.1 確定液壓泵類型及調(diào)速方式
參考同類組合機(jī)床，選用單作用葉片泵雙泵供油，溢流閥作定壓閥。
為防止銑削完畢時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值Pb=0.7MPa。
2.2 選用執(zhí)行元件
因?yàn)橄到y(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)，快退速度相等，所以選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。
2.3 快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路
根據(jù)本設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。
即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。
本設(shè)計(jì)采用電磁閥的速度換接回路，控制工件的快進(jìn)和工進(jìn)。
與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺(tái)的行程開(kāi)關(guān)控制，管路較簡(jiǎn)單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用二位二通電磁換向閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)油路。
因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。
2.4 換向回路的選擇
本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒(méi)有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。
為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用了三位五通換向閥。
為提高換向的位置精度，采用死擋鐵和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。
2.5 組成液壓系統(tǒng)繪原理圖(圖4)
將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如圖4所示的液壓系統(tǒng)圖。
為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開(kāi)關(guān)。
這樣只需一個(gè)壓力表即能觀察各點(diǎn)壓力。
圖4 液壓系統(tǒng)圖
表2 液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序表
3 系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算
3.1 壓缸參數(shù)計(jì)算
3.1.1 初選液壓缸的工作壓力
參考同類型組合機(jī)床，初定液壓缸的工作壓力為P=50×105Pa。
3.1.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
本設(shè)計(jì)要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸。
快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，并取無(wú)桿腔有效面積A1=2A2。
為了防止在銑削完畢時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，初選背壓Pb=0.7MPa。
由各階段的負(fù)載數(shù)據(jù)表可知工進(jìn)階段的負(fù)載F=82896.3N。
按此計(jì)算A1則
按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。
圓整后得
按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量qmin=0.05L/min，因工進(jìn)速度v=0.1m3/min，則
本設(shè)計(jì)方案的A1=201.06cm2>5cm2，滿足最低要求.
3.1.3 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率
根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可計(jì)算出液壓缸工作過(guò)程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按Pb=7×105Pa代入，快退時(shí)背壓按Pb=5×105Pa代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于下表中。
表3
3.2 液壓泵的參數(shù)計(jì)算
由上表可知工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失∑△P=5×105Pa，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為5×105Pa，則液壓泵最高工作壓力Pp≥Pj+∑△P=(44.9+5+5)×105Pa=54.9Pa。
因此泵的額定壓力Pr≥1.25×54.9=68.6×105Pa。
由上表可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是2.01×6=12.06L/min，設(shè)溢流閥最小溢流量為2.5L/min ，則小流量泵的流量應(yīng)為Q小≥(1.1×12.06+2.5)=15.77L/min或(1.1×2.01+2.5)=4.7L/min ，快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量為qmax=53.02L/min，則泵的總流量為Q總=1.1×53.02=58.3L/min .即大流量泵的流量Q大≥Q總-Q小=58.3-4.7=53.6L/min。
根據(jù)計(jì)算所得泵的最小工作壓力為Pr=68.6×105Pa，最大流量Q總=58.3L/min ，查手冊(cè)選雙聯(lián)葉片泵的型號(hào)為YB-D63/16。
該泵的額定壓力為10MPa，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min。
3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇
系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵的流量Q小= =0.27×10-3m3/s，大泵的流量Q大= =1.05×10-3m3/s。
差動(dòng)快進(jìn)、快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油;工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。
下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率P。
3.3.1 差動(dòng)快進(jìn)
差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥2后與小泵匯合，然后經(jīng)三位五通電磁換向閥3，二位二通電磁換向閥6進(jìn)入液壓缸大腔，大腔壓力P1=7.05×105Pa，查手冊(cè)可知，小泵的出口壓力損失△P小=4.5×105Pa，大泵出口到小泵出口的壓力損失△P2=1.5×105Pa。
于是計(jì)算得小泵的出口壓力P小=P1+△P小=11.55×105Pa，(總效率η1=0.5);大泵的出口壓力P大=P小+△P2=13.05×105Pa ，(總效率η2=0.5)。
電動(dòng)機(jī)的功率
3.3.2 工進(jìn)
考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差△P1=5×105Pa。
壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為△P2=5×105Pa。
因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力P小=Pj+△P1+△P2=(44.9+5+5)×105Pa。
而大泵的卸載壓力取P大=2×105Pa。
(小泵的總效率η小=0.565，大泵的總效率η大=0.3)。
電動(dòng)機(jī)的功率
3.3.3 快退
快退的壓力分析與快進(jìn)相同，分析可知：小泵的出口壓力P小=15.05×105Pa，(小泵的總效率η小=0.5);大泵的出口壓力P大=16.55×105Pa，(大泵的總效率η大=0.51)。
電動(dòng)機(jī)的功率
綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。
可以查JB/T8680.2-1998 選用Y2-132M2-6三相異步電機(jī)，電動(dòng)機(jī)額定功率為5.5kW，額定轉(zhuǎn)速960r/min。
4 液壓元件的選擇
4.1 液壓閥及過(guò)濾器的選擇
根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。
本例中所有閥的額定壓力都為63×105Pa，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為10L/min，25L/min，63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于下列表中。
過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用隙式過(guò)濾器，表中序號(hào)與系統(tǒng)原理圖中的序號(hào)一致。
表4 液壓元件明細(xì)表
4.2 油管的選擇
根據(jù)選定的液壓閥的連接口尺寸選擇管道尺寸，液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、輸出的最大流量來(lái)計(jì)算。
由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)流量最大，實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍為116L/min，則液壓缸的進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為28外徑為34的10號(hào)冷拔鋼管。
4.3 油箱容積的確定
中低壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵的額定流量的5～7倍，本設(shè)計(jì)取7倍，故油箱容積為
V=(7×58.3)=410L
【參考文獻(xiàn)】
[1]許福玲.夜壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001，08.
[2]陳奎生.夜壓與氣壓傳動(dòng)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001，08.
[3]蔡文彥.夜壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1990，04.
[4]官忠范.夜壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997，07.
[5]張利平.液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997，09.
[6]中央電大《液壓傳動(dòng)輔導(dǎo)教材》編寫(xiě)小組.液壓傳動(dòng)輔助教材[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1991，02.
[7]左鍵民，主編.夜壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，06.
[8]朱梅，朱光力，編著.夜壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004，06.
[9]液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005，08.
數(shù)控銑床液壓平衡系統(tǒng)的優(yōu)化【2】
摘 要：論文中介紹了液壓平衡系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，并以數(shù)控機(jī)床為例，介紹了在數(shù)控機(jī)床液壓平衡系統(tǒng)的分類、典型液壓平衡系統(tǒng)的工作原理及優(yōu)化液壓平衡系統(tǒng)的工作過(guò)程。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;液壓平衡;電磁閥
引言
隨著我國(guó)機(jī)械加工業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械零件加工的質(zhì)量和效率越來(lái)越引起人們的重視，能源要求日益高漲，有效利用能源已成為行業(yè)最大目標(biāo)。
在這其中，從機(jī)床降低自身消耗的角度進(jìn)行研究能對(duì)提高其性能做出重大貢獻(xiàn)。
液壓系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，許多機(jī)床或機(jī)電設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是沿垂直方向運(yùn)動(dòng)的，對(duì)于機(jī)床來(lái)說(shuō)，如何使用液壓平衡垂直運(yùn)動(dòng)部件的重量和壓力系統(tǒng)的穩(wěn)定工作一直是個(gè)需要認(rèn)真考慮的問(wèn)題。
1 機(jī)床平衡系統(tǒng)的分類
通常平衡的方法主要有三種：第一種是當(dāng)垂直運(yùn)動(dòng)部件的重量較輕時(shí)，可采用直接加粗傳動(dòng)絲杠，加大電機(jī)扭矩的方法，但這樣將使得傳動(dòng)絲杠始終承擔(dān)著運(yùn)動(dòng)部件的重量，導(dǎo)致單面磨損加重，影響機(jī)床精度的保持性。
第二種是使用平衡重錘，使用重錘配重不僅增大體積、重量和占地空間，而且在立柱啟動(dòng)、停止和速度轉(zhuǎn)換時(shí)，由于重錘的慣性，對(duì)主軸的運(yùn)動(dòng)速度和位移精度將會(huì)有很大的影響。
第三種是液壓平衡法，它可以避免前面兩種方法所出現(xiàn)的問(wèn)題。
液壓平衡回路的功能在于使液壓執(zhí)行元件在回油路上始終保持一定的背壓力，用來(lái)平衡機(jī)構(gòu)重力負(fù)載對(duì)液壓執(zhí)行元件的作用力，使之不會(huì)因自重作用而自行下滑，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)對(duì)機(jī)床設(shè)備動(dòng)作的平穩(wěn)、可靠控制。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床主軸平衡液壓系統(tǒng)有著以下的三個(gè)要求：(1)為了保證主軸驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)的定位精度，主軸上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡油缸中的平衡力的差值越小越好。
(2)機(jī)床停機(jī)以后主軸在一段時(shí)間中需要保持一定的主軸平衡力，這樣要求液壓系統(tǒng)在停機(jī)以后油缸中依然可以保持一定時(shí)間的壓力。
(3)主軸定位夾緊后，機(jī)床主軸仍然需要平衡力的保持，為了減少主軸絲杠的磨損，提高絲杠的使用壽命，平衡壓力應(yīng)控制在4bar左右的范圍之內(nèi)。
2 典型液壓平衡系統(tǒng)原理分析
機(jī)床主軸平衡液壓系統(tǒng)有多種配置形式，其中最常用的配置基本上由變量泵、溢流閥、減壓閥和壓力繼電器組成。
在該系統(tǒng)中，主軸上升時(shí)變量泵排量為最大，變量泵為平衡油缸供油。
主軸下降時(shí)變量泵處于泄荷狀態(tài)，主軸下降依靠平衡閥進(jìn)行壓力平衡。
主軸需要在任意位置停止并保持壓力，此時(shí)的變量泵需要不斷的以小排量為系統(tǒng)供油，以保證主軸停止?fàn)顟B(tài)依然可以保持有平衡力。
如圖1所示。
主軸的上升與下降所需要的動(dòng)力能耗，從物體能量守恒的原理看，主軸的重量上升是積蓄勢(shì)能釋放動(dòng)能的過(guò)程，而主軸的下降是釋放勢(shì)能積蓄動(dòng)能的過(guò)程。
所以整個(gè)過(guò)程中能量是不變的。
而這一過(guò)程中真正能力需要損失的應(yīng)該是液壓的泄漏量――液壓的管路損失和機(jī)械(如油缸)的摩擦損失。
而所有這些損失相對(duì)于主軸的上升和下降的需要的保持主軸的平衡力不變的能量是微乎其微的。
主軸處于一個(gè)相對(duì)靜止的位置，如果液壓可以鎖定，本身這一能耗是完全不必要提供的，也就不需要有任何能量的損耗。
3 液壓平衡系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)的優(yōu)化
基于以上的分析，在這套液壓系統(tǒng)中不需要太多的能耗，主要的能耗也就是些壓力損耗和摩擦，基于以上幾點(diǎn)思考，為實(shí)現(xiàn)“零”能耗的機(jī)床主軸液壓平衡系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)的優(yōu)化，機(jī)床主軸液壓平衡系統(tǒng)變?yōu)榱藞D2顯示的結(jié)果。
3.1 選用零泄漏截止閥
零泄漏是這個(gè)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的問(wèn)題。
從原理圖中可以看到溢流閥和單向閥都很容易達(dá)到零泄漏的。
但是這個(gè)減壓閥是一種常開(kāi)式的壓力閥，如果需要減壓就需要將此閥處與開(kāi)啟狀態(tài)。
同時(shí)從原理圖中也可以看到減壓閥是有泄漏油的，不論是內(nèi)泄還是外泄，總歸是存在的，這也是為什么主軸在保持狀態(tài)依然需要液壓動(dòng)力油的一個(gè)主要原因。
元件全部選用截止式，溢流閥、換向閥和減壓閥皆為截止式結(jié)構(gòu)。
特別是截止式減壓閥是基于錐面截止原理設(shè)計(jì)的，具有良好的零泄漏性能。
通過(guò)該閥可以確保壓力油只在蓄能器和平衡油缸中傳遞，而無(wú)任何液壓油的損耗。
3.2 選用可以頻繁啟停的浸油式電機(jī)泵站
該泵站基于節(jié)能的考慮使用的是變量柱塞泵為油源，在主軸上升時(shí)需要大流量供油時(shí)變量泵才將擺角置于最大位置，而在下降和主軸保持狀態(tài)不需要大流量的將泵的排量變小。
現(xiàn)在這樣的泵站也有使用變頻電機(jī)的，其目的就是在不需要大能耗的時(shí)候?qū)⒛芰繙p少到最小。
從節(jié)能的角度上看已經(jīng)達(dá)到了節(jié)能的作用，但是如果需要真正達(dá)到“零”能耗，最直接的想法就是關(guān)掉電機(jī)。
但小排量的泵，再怎么變頻，只要電機(jī)處于啟動(dòng)狀態(tài)就一定會(huì)有能量的損耗，只有徹底將這個(gè)電機(jī)關(guān)掉才可以向“零”能耗邁進(jìn)。
關(guān)掉電機(jī)，在需要的時(shí)候再將電機(jī)啟動(dòng)，這就需要電機(jī)具有良好的啟停性能。
泵站選用浸油式電機(jī)泵站。
這里所說(shuō)的“浸油式”是指不僅是柱塞泵浸于液壓油中，而且電機(jī)也將浸于液壓油中，這樣一方面可以減少電機(jī)的發(fā)熱，另一方面可以提高電機(jī)的啟停性能，減少電機(jī)啟停時(shí)產(chǎn)生的電流沖擊。
3.3 選用較大的蓄能器
前面闡述的主軸在上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量理論上是沒(méi)有變化的，而原液壓系統(tǒng)中由于沒(méi)有能量?jī)?chǔ)存的元件，所以主軸下降時(shí)的勢(shì)能通過(guò)溢流閥“泄荷”回油箱了，原系統(tǒng)中的蓄能器由于規(guī)格較小只起到了減震的作用，而沒(méi)有起到蓄能的作用。
所以選擇一個(gè)較大的蓄能器，既滿足節(jié)能，又保持主軸的上升和下降時(shí)的平衡力差值不大。
根據(jù)機(jī)床主軸的重量、運(yùn)動(dòng)速度、油缸的缸徑大小和油量變化的大小確定蓄能器的大小。
越大的蓄能器可以減少主軸上下運(yùn)動(dòng)的平衡差值。
但太大的蓄能器一方面增加安裝空間和麻煩，同時(shí)泵站的油箱也需要加大，以增加補(bǔ)充的油的體積。
但是對(duì)于“零”能耗的極致液壓系統(tǒng)中，每一滴液壓油的使用都是在此需要考慮的，其實(shí)節(jié)能的基本方法就是細(xì)致計(jì)算，而不是粗放型計(jì)算。
所以既然想節(jié)能就需要在每一個(gè)細(xì)節(jié)上周全考慮。
在這個(gè)方面，此臺(tái)液壓系統(tǒng)的蓄能器選用16L的優(yōu)質(zhì)蓄能器就達(dá)到了非常良好的效果。
液壓系統(tǒng)的供油壓力，非常接近最高壓力，能夠充分利用蓄能器的有效輸出體積，有利于提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
4 結(jié)束語(yǔ)
自從帕斯卡提出靜壓傳遞原理以來(lái)，液壓技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了三百多年。
由于武器工業(yè)的發(fā)展，大大地促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展，到了現(xiàn)在，隨著制造業(yè)和材料科學(xué)的發(fā)展，以及其他行業(yè)對(duì)大功率應(yīng)用場(chǎng)合的都切需求，更是極大地刺激和帶動(dòng)了液壓行業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展，在原有液壓技術(shù)基礎(chǔ)上將研發(fā)出更先進(jìn)的液壓元器件和設(shè)計(jì)理念。
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